ABSTRACT The elderly population is at significant risk of developing respiratory diseases, including tuberculosis (TB) caused by the airborne Mycobacterium tuberculosis ( M.tb ). Once M.tb reaches the alveolar space, it contacts alveolar lining fluid (ALF) which dictates host cell interactions. We previously determined that age-associated dysfunctionality in human ALF soluble innate components lead to accelerated M.tb growth within human alveolar macrophages. Here we determined the impact of human ALF on M.tb infection of alveolar epithelial cells (ATs), another critical cellular determinant of infection. We observed that E-ALF-exposed M.tb had significantly increased intracellular growth in ATs compared to adult ALF (A-ALF)-exposed bacteria. Despite this, there were no alterations in AT inflammatory mediators or cell activation. However, exposure to E-ALF altered endosomal trafficking of M.tb , driving bacterial translocation to both endosomal and cytosolic compartments in ATs. Our results indicate that exposure of M.tb to E-ALF promotes translocation of bacteria into the AT cytosol as a potential favorable niche for rapid bacterial growth and at the same time dampens AT’s immune responses. Thus, our findings highlight the influence of the elderly lung mucosa on M.tb infection of ATs, an unexplored contributing factor to the elderly population’s increased susceptibility of developing active TB disease.

ABSTRACT Tuberculosis is the leading cause of death for people living with HIV (PLWH). We hypothesized that altered functions of innate immune components in the human alveolar lining fluid of PLWH (HIV-ALF), drive susceptibility to Mycobacterium tuberculosis ( M.tb ) infection. Our results indicate a significant increase in oxidation of innate proteins and chemokine levels, and significantly lower levels and function of complement components and Th1/Th2/Th17 cytokines in HIV-ALF vs. control-ALF (non-HIV infected people). We further found a deficiency of surfactant protein-D (SP-D) and reduced binding of SP-D to M.tb that had been exposed to HIV-ALF. Primary human macrophages infected with M.tb exposed to HIV-ALF were significantly less capable of controlling the infection, which was reversed by SP-D replenishment in HIV-ALF. Thus, our data suggest that PLWH without antiretroviral therapy (ART) have declining host innate defense function in their lung mucosa, thereby favoring M.tb and potentially other pulmonary infections.

Summary There are no known cures or vaccines for COVID-19, the defining pandemic of this era. Animal models are essential to fast track new interventions and nonhuman primate (NHP) models of other infectious diseases have proven extremely valuable. Here we compare SARS-CoV-2 infection in three species of experimentally infected NHPs (rhesus macaques, baboons, and marmosets). During the first 3 days, macaques developed clinical signatures of viral infection and systemic inflammation, coupled with early evidence of viral replication and mild-to-moderate interstitial and alveolar pneumonitis, as well as extra-pulmonary pathologies. Cone-beam CT scans showed evidence of moderate pneumonia, which progressed over 3 days. Longitudinal studies showed that while both young and old macaques developed early signs of COVID-19, both groups recovered within a two-week period. Recovery was characterized by low-levels of viral persistence in the lung, suggesting mechanisms by which individuals with compromised immune systems may be susceptible to prolonged and progressive COVID-19. The lung compartment contained a complex early inflammatory milieu with an influx of innate and adaptive immune cells, particularly interstitial macrophages, neutrophils and plasmacytoid dendritic cells, and a prominent Type I-interferon response. While macaques developed moderate disease, baboons exhibited prolonged shedding of virus and extensive pathology following infection; and marmosets demonstrated a milder form of infection. These results showcase in critical detail, the robust early cellular immune responses to SARS-CoV-2 infection, which are not sterilizing and likely impact development of antibody responses. Thus, various NHP genera recapitulate heterogeneous progression of COVID-19. Rhesus macaques and baboons develop different, quantifiable disease attributes making them immediately available essential models to test new vaccines and therapies.

Abstract Inflammation plays a crucial role in the control of Mycobacterium tuberculosis ( M . tb ) infection. In this study, we demonstrate that an inflammatory pulmonary environment at the time of infection mediated by liposaccharide (LPS) treatment in mice confers enhanced protection against M . tb for up to 6 months post infection. This transient protective inflammatory environment was associated with a neutrophil and monocyte/macrophage influx as well as increased inflammatory cytokines. In vitro infection of neutrophils from LPS treated mice demonstrated that LPS neutrophils exhibited increased recognition of M . tb , and had a greater innate capacity for killing M . tb . Finally, partial depletion of neutrophils in LPS treated mice showed an increase in M . tb burden, suggesting neutrophils conferred the enhanced protection observed in LPS treated mice. These results indicate a positive role of an inflammatory environment during initial M . tb infection, and suggests that acute inflammation at the time of M . tb infection can positively alter disease outcome.